методэ. Шелушенина РЗА генер. АТ и С.Ш.. М. О. Скрипачев релейная защита электроэнергетических систем. Защита генераторов, трансформаторов и сборных шин
 Скачать 4.26 Mb.
|
|
Δt меньше (Δt=0,5с). Таблица 2.1 Уставки токовой защиты обратной последовательности Тип генератора ступень ступень ступень I I *2с.з. t I с.з. I II *2с.з. t II с.з. I III *2с.з. t III с.з. ТВФ-63-2 (6,3 кВ 2,3 0,6 8,5 0,25 40 ТВФ-63-2 (10,5 кВ 1,7 0,6 8,5 0,25 40 ТВФ-120-2 (10,5кВ) ТВФ-110 (10,5 кВ 2,7 0,6 8,5 0,25 Четвертая ступень защиты действует на сигнал при несимметричных перегрузках. Для турбогенераторов длительно допустимой считается работа с неравенством токов фаз, не превышающим 10%, при условии, что нив одной из фаз ток не превосходит ном. Этому условию соответствует ток обратной последовательности I *2 = Поэтому ток срабатывания сигнальной ступени для генераторов серии ТВФ может быть принят равным з с 2 * = I При появлении сигнала дежурный должен принять меры по устранению несимметрии. Допустимое время устранения перегрузки (пока не сработает третья ступень) составляет ( ) c 240 25 , 0 Аз с 2 * устр = = = I t , те. примерно 5 , 6 4 ÷ мин. Выдержка времени сигнального элемента должна быть больше выдержки времени резервных защити обычно выбирается равной с 9 IV з с = t На рис. 2.11 в качества примера построена характеристика выдержек времени токовой защиты обратной последовательности и кривая доп f(I *2 ) для генератора типа ТВФ. Как видно из рисунка, выдержка времени второй ступени защиты II з с принята большей, чем определяемая по тепловой характеристике, для согласования со временем срабатывания резервных защит предыдущих элементов (трансформаторов связи. Так как на трансформаторе связи есть своя резервная защита обратной последовательности это считается допустимым. Для того чтобы ступенчатая характеристика срабатывания защиты не выходила за кривую допустимого времени доп, защиту дополняют еще одним реле тока обратной последовательности типа РТФ-8, которое обеспечивает еще одну ступень защиты, действующую на отключение (на рис. 2.11 показано пунктиром. Такое выполнение защиты предусматривается для блоков с генераторами ТВФ. Рис. 2.11. Ступенчатая характеристика выдержек времени токовой защиты обратной последовательности – кривая доп = f(I *2 ); 2 – характеристика выдержек времени. ЗАЩИТА ОТ ВНЕШНИХ СИММЕТРИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ Токовая защита обратной последовательности действует только при несимметричных КЗ. Поэтому дополнительно к ней устанавливается резервная защита от трехфазных КЗ для дальнего и ближнего резервирования В качестве защит от трехфазных КЗ используется дистанционная защита. На действующих генераторах может находиться в эксплуатации токовая защита спуском минимального напряжения, которая имеет малую зону дальнего резервирования, поэтому на вновь проектируемых станциях ее предусматривать не рекомендуется. Дистанционная защита. Дистанционная защита генераторов выполняется с использованием одного из трех реле сопротивления блока реле типа БРЭ-2801. Реле сопротивления блока БРЭ-2801 выполнены на интегральных микросхемах с использованием операционных усилителей и основаны на схеме сравнения двух электрических величин по фазе. Рис. 2.12. Защита от внешних симметричных КЗ и защита от потери возбуждения Реле имеет характеристику в комплексной плоскости R ив виде окружности, положение которой может изменяться. Для защиты генератора рекомендуется использовать характеристику в виде окружности, расположенной в первом квадранте комплексной плоскости, диаметр которой наклонен коси абсцисс под углом .ч м ϕ , равным Для повышения чувствительности защиты может использоваться характеристика в виде эллипса (рис. Выходным элементом реле сопротивления является промежуточное реле KL. Схема дистанционной защиты от внешних симметричных КЗ приведена на рис. 2.12. Реле сопротивления KZ1 блока реле включается на разность вторичных токов İ a - İ b трансформаторов тока, установленных в нейтрали генератора, и на напряжение U ab от трансформатора напряжения TV1, установленного на выводах генератора. Защита действует с двумя выдержками времени (реле КТ): с первой (проскальзывающий контактна отключение шиносоединительного и секционных выключателей (деление шин, со второй – на отключение генератора и АГП. Сопротивление срабатывания защиты должно быть отстроено от режима наибольшей нагрузки с учетом перегрузки. Сопротивление нагрузки равно max min I U Z нагр нагр 3 ⋅ = , (где min U – минимальное напряжение на выводах генератора, принимается 0,95U ном. ; max I нагр – максимальное значение рабочего тока генератора в условиях перегрузки, принимается равным 1,5I ном. Сопротивление срабатывания защиты с реле сопротивления, имеющим круговую характеристику, определяется по выражению , ) cos( нагр ч м в отс нагр з с ϕ ϕ − ⋅ ⋅ = k k Z Z (2.13) 93 где k отс. = 1,2; в – коэффициент возврата реле сопротивления, для БРЭ-2801 равен 1,05; φ м.ч. – угол максимальной чувствительности, рекомендуется принимать 80 ° ; φ нагр – угол нагрузки при указанных выше перегрузках реактивным током и пониженном напряжении, равен Для улучшения дальнего резервирования может быть использована эллиптическая характеристика с коэффициентом эллипсности (отношение малой оси эллипса к его большой оси) э. Тогда э з с з с, где Z с.з.max – большая ось эллипса, Z с.з. – малая ось, сопротивление, рассчитанное по (Чтобы защита надежно охватывала выводы генератора, характеристику смещают в третий квадрант по линии максимальной чувствительности на 12% от уставки. Характеристики срабатывания дистанционной защиты приведены на рис. 2.13. Рис. 2.13. Характеристики реле сопротивления БРЭ а – эллиптическая характеристика, смещенная в III квадрант б – круговая характеристика без смещения Чувствительность защиты определяется при КЗ в конце зоны резервирования 1 Z Z защ с.з ч, где Z защ. – сопротивление, замеряемое защитой при КЗ в конце зоны резервирования. Например, при КЗ на шинах ВН ТЭЦ (точка К, когда в зону резервирования входит трансформатор связи (рис. 2.14): ток тр защ k Z Z = , (где Z тр. – сопротивление трансформатора связи, приведенное к напряжению генератора; k ток – коэффициент токораспределения (см. рис. 2.14): 2 ток (Рис. 2.14. К расчету коэффициента чувствительности дистанционной защиты Так как напряжение на защиту подается с выводов генератора, сопротивление последнего в Z защ. не входит Таким же образом определяется коэффициент чувствительности защиты при КЗ за секционным реактором (точка К) и за реакторами отходящих от шин генераторного напряжения линий (точка К3). Реле сопротивления KZ1 (рис. 2.12) используется для защиты от асинхронного режима при потере возбуждения, которая будет рассмотрена в разделе Максимальная токовая защита спуском минимального напряжения. Защита выполняется с помощью одного реле тока типа РТ и одного реле напряжения типа РН-54 (см. рис. 2.10). Реле тока КА включено на ток одной фазы трансформаторов тока, установленных со стороны нулевых выводов генератора. Реле напряжения KV включается на линейное напряжение трансформатора напряжения Эта защита, также как дистанционная, действует с двумя выдержками времени – для дальнего и ближнего резервирования. Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока генератора: ном в отс з с I k k I ⋅ = , где ном – номинальный ток генератора; k отс. =1,2; k в – коэффициент возврата реле, для РТ k в =0,85. Напряжение срабатывания принимается равным ном з с ) 6 , 0 Чувствительность защиты проверяется при трехфазном КЗ в конце зоны резервирования (например, за повышающим трансформатором, точка К на рис. Для реле тока защиты з с 1 чт I I k = , где I 1 – ток, протекающий по генератору при трехфазном КЗ в точке К1. Для минимального реле напряжения з к з с чн U U k = , (2.21) где U к.з. – междуфазное напряжение на выводах генератора при трехфазном КЗ в точке К1. т 2 КЗ 3 x I U ⋅ ⋅ = , где I 2 – ток, протекающий по трансформатору при КЗ в К1; x т – сопротивление трансформатора. Все величины должны быть приведены к напряжению генератора. Коэффициенты чувствительности чти k чн должны быть не менее 1,2. 2.8. ЗАЩИТА ОТ СИММЕТРИЧНЫХ ПЕРЕГРУЗОК ОБМОТКИ СТАТОРА Защита выполняется с помощью реле тока КА, включенного на ток одной фазы (см. рис. 2.10). Защита действует на сигнал с выдержкой времени, обычно 9 с. Ток срабатывания защиты отстраивается от номинального тока генератора: ном в отс з с I k k I ⋅ = , где k отс. принимается равным в – коэффициент возврата. Защита может выполняться на реле РТ, у которого максимальное значение коэффициента возврата за счет регулировки может достигать значения 0,9. Сигнал перегрузки при этом будет подаваться притоке примерно ном, что для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток (ТВФ) считается неэффективным. В связи с этим на генераторах 63-110 МВт вместо реле РТ применяется реле типа РТВК (реле тока с высоким коэффициентом возврата, у которого коэффициент возврата равен 0,99. При использовании РТВК сигнал перегрузки подается притоке, равном ном. ЗАЩИТА РОТОРА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ТОКОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ Токи в обмотках статора и ротора генератора связаны между собой, и с возрастанием одного увеличивается и второй, причем предельно допустимого по нагреву значения, прежде всего, как правило, достигает ток ротора. Поэтому основная защита от перегрузок турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток подключается к обмотке возбуждения и реагирует на возрастание тока ротора. Схема защиты зависит от системы возбуждения. Для генератора ТВФ-63 с электромашинной системой возбуждения схема защиты ротора от перегрузки приведена на рис. Рис. 2.15. Схема защиты ротора от перегрузки током возбуждения Защита выполняется с помощью реле максимального напряжения (РН-53 или РСН-14), которое через делитель на резисторах R1 и R2 включено параллельно обмотке ротора. Таким образом, ток в роторе контролируется косвенно с помощью напряжения на его выводах, которое пропорционально этому току. Напряжение срабатывания защиты f f R I U ⋅ ⋅ = ном , з с, (2.24) 98 где ном – номинальный ток возбуждения генератора R f – сопротивление обмотки ротора в горячем состоянии. Защита действует с двумя выдержками времени с первой – на устройство ограничения длительности форсировки, предусмотренное в системе возбуждения генератора со второй – на отключение генератора и гашение поля. При форсировке возбуждения ток ротора может достигать 2I fном , длительность форсировки для генератора 63 МВт допускается небо- лее 40 с. Поэтому максимальное время действия защиты на отключение выбирается равным 40 с, что обеспечивается при последовательном срабатывании двух реле времени КТ1 и КТ2. Время действия защиты на развозбуждение выбирается нас меньше (проскальзывающий контакт реле КТ2): с 37 з с ; с 40 II з с = t На генераторах мощностью 100 МВт, оборудованных высокочастотной системой возбуждения, развозбуждение генератора (первая ступень) осуществляется устройствами разгрузки, предусмотренными в АРВ (автоматическом регуляторе возбуждения. Поэтому защита от перегрузки будет действовать с одной выдержкой времени (20 сек) на отключение генератора и АГП. В схеме защиты устанавливается одно реле времени. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. От каких повреждений и ненормальных режимов предусматриваются защиты на генераторах. По каким условиям выбирается ток срабатывания дифференциальной защиты генератора. Чем определяется ток небаланса в дифференциальной защите генератора. Как выполняется защита генераторов от витковых замыканий На каких генераторах она устанавливается. Какие принципы выполнения защиты от замыканий на землю используются для генераторов, работающих на сборные шины Особенности защиты типа БРЭ 1301.03. 6. Какие защиты устанавливаются вцепи ротора генератора, работающего на сборные шины 7. Какие резервные защиты предусматриваются для генераторов. Почему у генераторов используется отдельная защита от внешних несимметричных КЗ и от несимметричных перегрузок Как защита выполняется. Какие защиты предусматриваются у генераторов, работающих на сборные шины, от внешних симметричных КЗ? 10. Как выполняется защита от симметричных перегрузок у генераторов. ЗАЩИТА БЛОКОВ ГЕНЕРАТОР – ТРАНСФОРМАТОР. СХЕМЫ ЭНЕРГОБЛОКОВ Генераторы мощностью 160 МВт и выше могут работать только блоком с трансформатором или автотрансформатором. Блоком с трансформатором могут включаться также генераторы 63-120 МВт ТЭЦ. Наиболее распространены блоки один генератор – один трансформатор без выключателя и с выключателем вцепи генератора (рис. 3.1). Рис. 3.1. Схемы блоков генератор – трансформатора, б – с турбогенераторами мощностью 63-500 МВт в, гс генераторами мощностью 160-1000 МВт Эти блоки присоединяются либо через один выключатель к двойной системе сборных шин с обходной системой при напряжении стороны ВН 110-220 кВ, либо через два выключателя к распределительному устройству (РУ) напряжением 330 кВ и выше, выполненному по полуторной схеме, схеме 4/3 или по схеме многоугольника Энергоблоки повышенной мощности имеют более сложные электрические схемы (рис. 3.2) и присоединяются к РУ напряжением кВ и выше через два выключателя. На всех энергоблоках на стороне генераторного напряжения, как правило, имеются ответвления для питания собственных нужд блока (реактор или рабочий трансформатор собственных нужд, которые подключаются к блоку без выключателя. Рис. 3.2. Схемы энергоблоков повышенной мощности: а – блок с турбогенератором 1000 МВт б – сдвоенные блоки с турбогенераторами мощностью по 200-500 МВт в – блок с двумя генераторами мощностью по 500 МВт г – блок с турбогенератором 1200 МВт Выключатели вцепи генератора позволяют осуществлять пуски останов блока при питании его собственных нужд от своего рабочего трансформатора, а не от резервного, что повышает надежность питания собственных нужд и дает возможность применить резервный трансформатор такой же мощности, что и рабочий. Кроме того, наличие выключателя вцепи генератора сокращает количество операций с выключателями и разъединителями на стороне ВН. По указанным причинам установка генераторных выключателей рекомендуется на всех блоках РЭС и ТЭЦ. На блоках с генераторами мощностью 800-1000 МВт вместо выключателей вцепи генератора устанавливаются выключатели нагрузки с отключающей способностью, соответствующей номинальному току генератора. Токи КЗ такие выключатели отключать не могут 3.2. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТ ЭНЕРГОБЛОКОВ Внутренние повреждения на любом участке цепи энергоблока должны отключаться без выдержки времени основными защитами. Для ликвидации анормальных режимов, опасных для оборудования, также должны устанавливаться защиты. Защиты блоков должны обеспечивать ближнее и дальнее резервирование. Ближнее резервирование – на случай отказа основных защит, дальнее – на случай отказа защитили выключателей смежных присо- единений (шин, линий, автотрансформаторов связи и т. д.) Основные защиты от внутренних повреждений. Количество устанавливаемых основных защити схемы их подключения зависят от электрической схемы блока. На блоках, подключаемых к ОРУ 110-220 кВ через один выключатель, устанавливаются следующие основные защиты продольная дифференциальная защита генератора поперечная дифференциальная защита генератора защита от замыкания на землю в обмотке статора генератора защита от замыкания на землю в обмотке ротора дифференциальная и газовая защиты трансформатора. Схемы подключения дифференциальных защит для этого варианта показаны на рис. 3.3, а. На блоках, присоединенных к РУ 330 кВ и выше, дополнительно устанавливаются дифференциальная защита ошиновки высшего напряжения трансформатора (3, рис. 3.3, б контроль изоляции вводов высшего напряжения трансформатора (КИВ). Как видно на рис. 3.3, схемы дифференциальных защит выполнены так, что охватывают все участки электрической цепи блока. Резервные защиты. Для ближнего резервирования устанавливается резервная дифференциальная защита блока, охватывающая генератор, трансформатор и ошиновку. Для дальнего резервирования предусматриваются – дистанционная защита (защита от внешних симметричных КЗ); – токовая защита обратной последовательности (защита от внешних несимметричных КЗ); – токовая защита нулевой последовательности в нейтрали трансформатора (от КЗ на землю в сети высшего напряжения). Рис. 3.3. Схемы подключения дифференциальных защит блока: а – блок подключен к РУ ВН через один выключатель б – блок подключен к РУ ВН через два выключателя 1 – продольная дифференциальная защита генератора 2 – дифференциальная защита трансформатора 3 – дифференциальная защита ошиновки Для ликвидации анормальных режимов устанавливаются токовая защита от симметричной перегрузки (действует на сигнал токовая защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок (действует на сигнала при больших перегрузках – на отключение – токовая защита от перегрузки ротора (действует с выдержкой времени первой ступени на развозбуждение, со второй – на отключение блока от сети и гашение поля защита от потери возбуждения генератора (действует на перевод блока в асинхронный режим или на отключение и останов блока защита от повышения напряжения на генераторе дополнительная резервная токовая защита на стороне высшего напряжения защита от замыканий на землю на стороне низшего напряжения трансформатора. Ряд защит, устанавливаемых на блоках, полностью соответствуют защитам, устанавливаемым на генераторах, работающих на сборные шины, и трансформаторах. Эти защиты были рассмотрены в гл. 2. В настоящей главе рассматриваются защиты, имеющие некоторые особенности или устанавливаемые только на блоках. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА |